電動汽車拆解004制暖.

1、【電動汽車拆解】（八）制暖：用電加熱器代替發(fā)動機電動汽車（EV ）的課題之一在于保證車內(nèi)的制暖性能。發(fā)動機車能夠利用發(fā)動機產(chǎn)生 的熱量使車內(nèi)保持足夠溫暖。而EV沒有發(fā)動機，因此制暖熱源須有保證。三菱重工業(yè)為EV開發(fā)出了用電發(fā)熱的加熱器。已由三菱汽車EV“i-MiEV”制暖系統(tǒng)所采用。三菱重工業(yè)冷熱業(yè)務(wù)本部汽車空調(diào)技術(shù)部首席技師中川信也三菱汽車2009年7月上市的電動汽車“i -MiE”采用了三菱重工業(yè)生產(chǎn)的電加熱器作為空調(diào)的制暖熱源（圖1）(a)圖1:三菱汽車的電動汽車“-MiEV和制暖系統(tǒng)（a）i-MiEV。制暖的熱源采用了三菱重工為EV全新開發(fā)的加熱器（b ）制暖系統(tǒng)。加熱器配置在駕駛席和

2、副駕駛席之間的地板下方。傳統(tǒng)發(fā)動機車一直把發(fā)動機散熱作為制暖熱源。 但電動汽車（EV沒有發(fā)動 機，混合動力車（HEV在發(fā)動機停轉(zhuǎn)時車內(nèi)也需保暖。而此次采用的電熱式加 熱器因可用電取暖，是EV和 HEVt效的制暖方式。i-MiEV采用的加熱器由可用電發(fā)熱的 PTC（Positive TemperatureCoefficie nt ）加熱器元件、將加熱器元件的熱量傳送至散熱劑（冷卻水）的散 熱扇、散熱劑流路和控制底板等組成（圖2）。因要求加熱器要有較高的 制暖性，因此，電源使用的是驅(qū)動馬達(dá)的鋰離子充電電池（330V），而非鉛充電電池(12V)由于要制造的小型單元要使用 330V高電壓，用少量放熱元

3、件產(chǎn)生大量熱量,因此，加熱器需要豐富的設(shè)計和制造技術(shù)經(jīng)驗。礬黑連接器冷卻劑人口冷卻劑出口、圖2 :加熱器機身內(nèi)部有板狀加熱器元件。通過在元件兩側(cè)通入散熱劑（冷卻水）提高散熱性高電壓電源用 線束和連接器用PTC加熱器將水加熱加熱器元件采用了普通PTC元件。PTC元件夾在電極中間，具有電阻隨元件 溫度改變的性質(zhì)。在低溫區(qū)，電阻低，電流流通產(chǎn)生熱量，隨著溫度升高，電阻逐漸增大，電 流難以流通，發(fā)熱量隨之降低。PTC元件的特性據(jù)稱符合汽車的制暖性能要求 具備在低溫區(qū)的高制暖性能。此次開發(fā)的加熱器由四片平面狀加熱器元件橫向排列組成。元件兩側(cè)有散熱 扇，散熱劑能夠在流動中接觸散熱扇，吸收加熱器的熱量（圖

4、3）。4片加熱器 元件面積各異，通過改變發(fā)熱元件的數(shù)量和組合，可以分級切換制暖能力。控制底板VjiidubiVlilub1nr冷卻劑流路圖3:加熱器截面圖機身上半部分有控制底板，下半部分有加熱器元件等放熱部分。散熱劑利用散熱扇加熱。加熱器元件為加載高電壓，以絕緣材料裹覆。采用的絕緣材料有氧化鋁材料 和硅樹脂材料兩種。加熱器元件的兩側(cè)先用氧化鋁材料夾裹、再以硅材料夾覆。 將加 熱器元件雙重夾裹是為了提高拼接精度。因為內(nèi)側(cè)的氧化鋁偏硬，所以多 覆蓋一層硅板能夠提高與散熱扇之間的密閉性，確保其散熱性?，F(xiàn)行產(chǎn)品使用2種絕緣體， 計劃2013年左右投放的第3代產(chǎn)品將使絕緣體的種類減少到1種。加熱器上有散

5、熱劑的入口和出口（圖 4）。散熱劑經(jīng)上方進入加熱器元件之 中。元件中的流路因采用了彎折結(jié)構(gòu)，使散熱劑的入口和出口得以設(shè)置在左右兩 端。如果散熱劑通路不彎折，則入口和出口就必須在單元的左側(cè)或右側(cè)重疊配 置，使加熱器的尺寸加大。散熱扇為鋁合金制成。為了提高氣密性，接合面在壓 鑄成形后進行了切削。冷卻劑出口圖4 :加熱器內(nèi)的散熱劑流路散熱劑從加熱器元件的兩面通入，能夠?qū)崿F(xiàn)高效放熱。流路采用了散熱劑入口和出口分別位于左右兩側(cè)的 設(shè)計。此加熱器屬加熱散熱劑的類型。使用散熱劑的一大原因是為了沿用現(xiàn)有發(fā)動 機車的制暖系統(tǒng)。沿用汽油車的制暖系統(tǒng)發(fā)動機車的制暖系統(tǒng)由發(fā)動機、散熱劑、加熱芯和送風(fēng)的鼓風(fēng)機馬達(dá)組成吸

6、收發(fā)動機的熱量溫度升高的散熱劑在加熱芯中受風(fēng)，為車內(nèi)制暖。由于i-MiEV是以發(fā)動機車“ i”為原型設(shè)計的EV因此，只要有散熱劑式加熱器和電動水泵 就能夠沿用i的機構(gòu)。如果是開發(fā)EV專用產(chǎn)品，也可以不使用散熱劑，直接用鼓風(fēng)機吹送經(jīng) PTC加熱器加熱的暖風(fēng)即可。但如果這樣，即便EV特有結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)，對現(xiàn)有系統(tǒng)也需要進行多處變更, 使可靠性驗證進度拖延。因此，i-MiEV從利用現(xiàn)有系統(tǒng)、以可靠性為重的角度 出發(fā)，采用了使用散熱劑的加熱器單元。從制暖系統(tǒng)整體來看，發(fā)動機車與i-MiEV等EV的區(qū)別如下（圖5）。首先是上面提到的熱源由加熱器取代了發(fā)動機。發(fā)動機車是依靠曲軸旋轉(zhuǎn)帶動散熱劑循環(huán)，EV則需要

7、新增電動泵。圖5:制暖系統(tǒng)的區(qū)別（發(fā)動機車和EV）（a）發(fā)動機車的制暖系統(tǒng)。熱源和散熱劑循環(huán)由發(fā)動機的驅(qū)動力帶動。當(dāng)加溫后的散熱劑通過加熱芯時， 鼓風(fēng)機馬達(dá)向加熱芯送風(fēng)，為車內(nèi)取暖。（b）EV的制暖系統(tǒng)。因為沒有發(fā)動機，所以熱源為加熱器，配備了帶動散熱劑循環(huán)的電動水泵。下一代、再下一代的加熱器此次實用化的加熱器為寬180X長290X高100mm重7.4kg。制暖能力 5.0kW。如果加熱器的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃把2009年7月實用化的產(chǎn)品視為第1代，則 計劃第2代和第3代將分別于2011年和2013年前后問世（圖6）。第2代計劃在沿襲第1代的基本結(jié)構(gòu)和性能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)小型化和輕量化。 第1代為了最大

8、限度考慮安全性，加熱器尺寸較大。為防止散熱劑漏進加熱器及 提高絕緣性預(yù)留了大量空間。第 2代將通過優(yōu)化這些空間縮小機身體積。此外，目前加熱器的ECU（電子控制單元）與空調(diào)系統(tǒng)整體是各自獨立的。 而計劃從第2代開始，ECU將與加熱器融為一體。通過這一改進，體積和重量預(yù) 定減少到70%。3S2R底扳服片正在開燈之申第】代底扳廉片 現(xiàn)行產(chǎn)新樣目標(biāo)值控制器（控制底板）內(nèi)置 PW阿擔(dān)制或On-Off CA N或本地通信悴積：50% （50%） 幫:郵（減少旳輻）利用外懿控劃囂控制 On-Off式能力控制 *On-Off1M 號錢休職：）00% M： 100%控制翹控制底扳）內(nèi) *PWM控制（On-Off

9、） *CAN或本地通信粹積：70% （減少30臨 童: 70% （30%）采用斷構(gòu)誼2009 年圖6 :截至2013年的加熱器發(fā)展藍(lán)圖2009年應(yīng)用于i-MiEV的是第1代。預(yù)定于2011年左右投放市場的第 2代計劃實現(xiàn)30%的小型及輕量化。 預(yù)定于2013年上市的第3代將爭取使體積和重量縮小到第1代的一半。第2代還考慮提高制暖能力的設(shè)定精度。現(xiàn)在借助階躍信號的開關(guān)總共能夠 實現(xiàn)8級性能切換，第2代還將加入對PWM Pulse Width Modulation :脈寬調(diào)制）控制的支持，使制暖性能的調(diào)節(jié)更為細(xì)致。第3代產(chǎn)品則會通過縮小PTC元件與散熱劑之間的熱阻并減少散熱劑與散熱扇接觸面積等方式

10、，爭取使體積和重量比第1代減少50%汽車廠商的努力為EV配備多個加熱器元件可以使其制暖能力提高到與發(fā)動機車相當(dāng)。但是,為了盡量把電池容量留給行駛，汽車廠商在設(shè)計時對制暖耗電進行了抑制。三菱汽車公布的i-MiEV的續(xù)航距離（10 15模式）為160km以市區(qū)行駛 速度（4060km/h）為例，在某些條件下，使用制暖時的行駛距離要短于使用制 冷時。制冷的電池消耗雖大，制暖的電池消耗更勝一籌。汽車廠商正在著手開發(fā)能夠以有限的制暖性能提高用戶滿意度的制暖技術(shù)。 比方說，i-MiEV采用了手動式空調(diào)。用戶按下“ MAX開關(guān)后，溫控性能和風(fēng)量 會以最高設(shè)定運行（圖7）。目前，i-MiEV的制冷制暖系統(tǒng)各自獨立。制冷依靠使用電動壓縮機的系統(tǒng)， 如果能夠把該系統(tǒng)應(yīng)用于制暖，則功耗較使用加熱器就有望降低（圖8）。在理論上，制冷循環(huán)逆轉(zhuǎn)可以用于制暖。但在環(huán)境氣溫低的情況下，制暖性能會下降, 無法滿足在低溫區(qū)具高制暖性能的汽車制暖性能要求。圖7 :利用手動空調(diào)降低溫控功耗（i-MiEV）汽車廠商為降低i-MiEV空調(diào)耗電、延長續(xù)航距離為其采用了手動空調(diào)在三個開關(guān)中，最右側(cè)是溫度設(shè)定開關(guān)。手動按下 “MAX鍵”后，溫控性能和風(fēng)量會以最高設(shè)定運行。圖8 :空調(diào)的制冷系統(tǒng)（i-MiEV）利用電動壓縮機壓縮冷媒并使其循環(huán)。行駛時，冷媒在冷凝器中受風(fēng)冷卻。而且，在冬天，當(dāng)冷凝